某碾压混凝土重力坝坝顶路面铺装层防裂措施.pdf

第 4 O卷第 5期 2 0 1 4年5月 水 力 发 电 蕖 倔 压 混 凝 土 重 力 坝 坝 顶 路 面 铺 装 屡 防 裂 措 狍 赵成先 ，李红鑫 ( 新疆 额尔齐斯河流域开发 工程建设 管理局 ，新疆乌鲁木齐8 3 0 0 0 0 ) 摘要 ：介绍 了新疆某碾压混凝土重力坝坝顶铺装层混凝 土施工 中采取 的混凝土 防裂措施 ，例 如采 用调 整混凝土配 合 比 、设置 隔离层 、适 当分块 、加强养护及在混凝土 中添加纤维素纤维等 ，这些措施有效地减少 了混凝 土裂缝 ，对 夏季高温 、冬季严寒 、风大、干燥少雨等恶劣气候条件下混凝土防裂具有 指导 意义 。 关键词：碾压混凝土重力 坝；裂缝 ；铺装层混凝 土；防裂措施 ；纤维素纤维 An t i - c r a c k i n g M e a s u r e s f o r P a v e m e n t Co n c r e t e o n Ro l l e r - c o m p a c t e d Co n c r e t e Gr a v i t y Da m ZHA0 Che n g x i a n，LI Ho n g x i n ( X i n j i a n g I r t y s h R i v e r B a s i n D e v e l o p me n t A d m i n i s t r a t i v e B u r e a u ， U r u mc h i 8 3 0 0 0 0 ， X i n j i a n g , C h i n a ) A b s t r a c t T h e a n t i - c r a c k i n g me a s u r e s f o r p a v e m e n t c o n c r e t e o n a r o l l e r -co m p a c t e d c o n c r e t e g r a v i t y d a m i n X i n g j i a n g a r e i n t r o d u c e d , i n c l u d i n g a d j u s t i n g c o n c r e t e mi x r a t i o ， s e t t i n g i s o l a t i o n l a y e r s , s e p a r a t i n g c o n c r e t e b l o c k ， s t r e n g t h e n i n g c o n c r e t e c u r i n g a n d a d d i n g c e l l u l o s i c fi b e r s Th e s e me a s u r e s e f f e c t i v e l y d e c r e a s e t h e c r a c k i n g o f p a v e me n t c o n c r e t e T h e s e me a s u r e s p r o v i d e a r e f e r e n c e t o t h e a n t i -c r a c k i n g o f c o n c r e t e p o u r i n g i n a d v e r s e w e a t h e r c o n d i t i o n s o f v e r y h i g h t e mp e r a t u r e i n s u mme r , v e ry l o w t e mp e r a t u r e i n wi n t e r , s t r o n g wi n d a n d s p e c i a l d r y Ke y W o r d s ： r o l l e r - c o mp a c t e d c o n c r e t e g r a v i t y d a m； c r a c k ； p a v e me n t c o n c r e t e ； a n t i - c r a c k i n g me a s u r e ； c e l l u l o s i c fi b e r 中图分类号 ： T V 6 4 2 2 ( 2 4 5 ) ； T V 4 3 1 3 文献标识码 ： B 文章编号 ： 0 5 5 9 9 3 4 2 ( 2 0 1 4 ) 0 5 0 0 4 5 0 3 1 工程概况 新 疆某 水 利 枢纽 是 一 座具 有 综合 效 益 的大 型水 利工 程 。 枢纽 由主 坝 、溢 流表 孔 、泄洪 中孔 、放 水 底孔 、发 电引 水 系统 、电站厂 房 和 副坝 等 建 筑物 组 成 。其 中 主坝 为全 断面 碾 压混 凝 土 重力 坝 ，最 大坝 高 1 2 1 5 m， 坝 顶 全 长 1 5 7 0 n q ，坝 顶 高 程 7 4 5 5 0 m，坝顶宽 1 4 IT I 坝 顶两 侧为各 宽 2 1T I 的人 行便 道 ， 中 间 1 0 I n为 混 凝 土 路 面 铺 装 层 。 该 工 程 位 于大 陆 性北 温 带及 寒 温 带 气 候 带 ，受 准格 尔 盆 地 古 尔 班 通 古 特 沙 漠 的 影 响 ，气 候 干 燥 ， 四季 中春 秋 两 季短 暂 。多 年 平 均 气 温 仅 2 7 ，极 端 最 高 气 温 4 0 1 o C，极 端 最 底 气 温 一 4 9 8 ，多 年 平 均 降水量 为 1 8 3 9 mm，多年 平均 蒸发 量 为 1 9 1 5 1 mm， 多 年 平 均 风 速 1 8 m s 最 大 风 速 2 5 m s ，最 大 积 雪 7 5 c m。最 大 冻 土 深 1 7 5 c m，河 流平 均 封 冻 期 为 1 5 0天 ，最 大 冰 厚 1 2 2 m。该 地 区 主要 气 候 特 征为“ 蒸发 量大 、风 速高 、 日照强 ” ，这种 气候 条 件 对混 凝土 浇 筑 质量 要 求 极 为严 格 ，若 不采 取 有 效 措 施 控 制混 凝 土 的浇筑 质 量 ，混 凝 土 易 产生 裂 缝 ，不 仅 影 响混 凝 土外 观 ，还 会造 成 混 凝 土耐 久 性 能 的 降 低 ，进 而影 响工 程安 全 。 2 坝顶路面铺装层混凝土简述 2 1 铺 装层 混凝 土所在 部位 及设 计 配合 比 大 坝 7 4 1 5 0 IT I 高程 以下至 坝 基为 碾 压混 凝 土 ； 7 4 1 5 0 7 4 5 2 0 m 高 程 为 R2 8 2 0 0 W8 F 3 0 0 常 态 混 凝 土 ：7 4 5 2 0 7 4 5 5 0 1T I 高 程 为 厚 3 0 c m 的 坝 顶 铺 装 层 ，浇 注 C 2 0 F I O 0常态 混凝 土 ，该 混凝 土 设 计 配合 比 见 表 1 收稿 日期 ：2 0 1 3 1 2 2 6 作 者简 介 ：赵成 先 ( 1 9 7 8 一 ) ，男 ，新 疆 哈 巴河 人 ，高 级 工程 师 ，主要从事水利水 电工程建设管理 工作 W a t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 5 固 ， J J 仅 u I q S T - - 0 P 5 2 2铺 装层 混凝 土浇 筑 ( 1 ) 模 板 安 装 。 模 板 采 用 宽 3 0 c m 的 槽 钢 ，相 邻 两 块模 板 设 置在 同一 支点 上 ，模板 支 点 撑 必 须牢 固 ，防止 浇筑 过程 中发 生 变形 ，立 好 的模 板 相 邻 高 差 应 控 制 在 2 mm 以 内 模 板 安 装 好 以 后 模 板 底 部若有 空 隙应堵 缝 ，防止 浇 筑过程 中浆 液外 流 。 ( 2 )混 凝 土浇 筑 。 混凝 土 摊 铺前 ，基 层 表 面 应 洒 水润 湿 。摊铺 使 用 大 铁耙 子 把 混合 料 耙 散 ，再 辅 以 铁 锹 、刮 子 把 料 撒 散 、摊 平 。 夏 季 高 温 季 节 摊 铺 混 凝 土 时 。仓 面 要 用 雾 化 水 喷 淋 ， 以增 加 仓 面 空 气 的 湿 度 ，减 少 混 凝 土 表 面 水 分 的 蒸 发 ，从 而 有 利 于保 证 混凝 土 的浇筑 质 量 。 混 凝 土 混合 料 经 人 工 初 步 整 平 后 ，分 别 采 用 插 入 式 振 捣 器 和 平 板 式 振 捣 器振 捣 ，靠边 角 部 位 先用 插 入式 振 捣 棒 振 捣 ，再 用 功率 不小 于 2 2 k W 的平 板振 捣器纵 横 交错 振 捣 ，振 捣 时平板 振 捣器 行 走轨 迹重 叠 1 0 2 0 c m，振 捣 的持 续 时 间 以拌 和物 停止 下 沉 、不再 冒气 泡 并泛 出水 泥 砂 浆 为 止 ，平 板 式 振 捣 器 振 捣 时 间 不 宜 少 于 3 0 S ， 插 入 式 振 捣 器 不 宜 少 于 2 0 S 。振 捣 密 实 后 再 用 自制 滚 筒滚 平 。若 经 过 上 述工 序 仍 有 小 范 围不 平 整 的部 位 ，采 用 人 工找 平 。 混 凝 土 表 面抹 面 压 光 。混 凝 土终 凝前 应及 时采 用 抹面机 进 行至少 2遍 抹 面压 光 ， 可 以适 当 增 加 抹 面 压 光 次 数 以 减 少 产 生 塑 性 收 缩 裂 缝 。抹 面 机抹 平 后 ，再用 拖 光 带 横 向轻 轻 拖 拉几 次 。抹 面 机 抹 不 到 的部 位 采 用 人 工 抹 面 压 光 做 面 ， 抹 面 压 光 前 ，先 清 边 整 缝 ，清 除 粘 浆 ，修 实 掉 边 、 缺 角 。人 工抹 面压 光也要 进行 2次 以 上 。 3 减少铺装层混凝土裂缝的措施 坝 顶 铺 装 层 混 凝 土 产 生 裂 缝 的 原 因 较 为 复 杂 ， 结 构 尺寸 、混凝 土 材料及 配 合 比 、施 工方 法及 工艺 、 混 凝 土 养 护 及 铺 装 层 底 部 老 混 凝 土 对 铺 装 层 混 凝 土 的约 束 等都 可 能 导致 混 凝 土 开裂 。路 面铺 装 层 一 旦 产 生 裂 缝 ，雨 雪 进 入 裂 缝 后 经 过 多 次 冻 融 混 凝 土 的耐 久性 将 大 大 降低 。为 减 少铺 装 层 混凝 土产 生 裂 缝 ，主要 是 提 高 该层 混 凝 土 的抗 裂 性 能 其 次 应 采 取措 施减 少下 层 老混凝 土对 铺 装层 的约 束作 用 。 3 1 调 整 混凝 土配 合 比 坝顶 路 面 铺 装层 混 凝 土 按设 计 配 合 比拌 制 的 混 凝 土 浇 筑 两 仓 后 ，发 现 混 凝 土 表 层 出 现 较 多 的 龟 裂 裂 缝 ，结 合 现 场实 际 情 况 ，分 析 各 种 原 因 ，试 验 人 员 对 混 凝 土 配 合 比进 行 了 两 次 调 整 。 适 当 增 加 了 粉 煤 灰 和 砂 的 用 量 。将 级 配 由二 级 配 调 整 为 级 配 增 大 了 骨 料 粒 径 ，水 用 量 减 少 了 2 5 k g m 。 调 整 后 ， 混凝 土 表 层 裂缝 大 大 减 少 ，外 观 质 量 也得 以很 大 提 高 。 最 终 使 用 的配 合 比见 表 2 3 2接触 面设 置 隔离层 现 场 发 现 坝 顶 铺 装 层 以 下 厚 3 7 0 1 1 3 ( 7 4 1 5 7 4 5 2 1T I 高 程 ) 的 常 态 混 凝 土 与 坝 体 碾 压 混 凝 土 之 间 的 接 触 面 出 现 多 条 水 平 贯 穿 性 裂 缝 ，这 种 水 平 贯 穿 裂 缝 有 的 部 位 横 跨 几 个 坝 段 ，延 伸 数 十 米 。 究 其 原 【大 1 是 ： 裂 缝 下 部 为 碾 压 混 凝 土 ， 上 部 为 常 态 混 凝 土 裂 缝 上 下层 混凝 土 浇筑 间歇 时 间长 ，最 短 间 歇时 间为 4 0 天 ，最长 时间 达 数月 之 久 ，使 得 上 下 层 混凝 土之 间 在 强 度 、弹性 模 量 上产 生 较 大 差别 ，从 而 造 成混 凝 土 收 缩 不一 致 ，加 之上 部 常 态 混凝 土 厚 度 较 薄 ，因 此 出现 了 水 平 裂 缝 。 为 减 小 坝 顶 路 面 铺 装 层 混 凝 土 受 其 下 部 混 凝 土 的 约束 影 响 ，需 要 在 两 层 混 凝 土 之 间 设 置 隔 离 层 。 初 期 几 仓 混 凝 土 浇 筑 时 ，在 备 仓 完 毕 的 仓 面 铺 撒 5 mm 的 细 沙 作 为 隔 离 层 。 但 在 混 凝 土 浇 筑 过 程 中 ， 受 振 捣 棒 的 振 捣 影 响 ，作 为 隔 离 层 的 细 沙 和 铺 筑 的 砂 浆 及 混凝 土搅 和在 一起 ，和下 层t 昆凝 土 粘 接 形 成 一 个 整 体 ，隔离 层 效 果不 理 想 。鉴 于这 种 情 况将 隔 离层 的做 法改 为 ：在备 仓 完毕后 先 在仓 面铺 撒 5 mm 厚 细沙 ，再 在 其上 敷 设一 层塑 膜 ，然 后 在塑 膜 上 面 浇 筑 铺 装 层 混 凝 土 ，这 样 隔 离 层 就 将 铺 装 层 混 凝 土 和 下层 坝 体 混凝 土完 全 隔 离开 来 ，经 现场 实 践 检 验 成 效 显 著 。 3 3适 当分块 、加 强 养护 ( 1 )适 当分 块 。将 每 个 坝 段 的铺 装 层 适 当分 成 几 块 ，对 减 少 铺 装层 混 凝 土 裂缝 具 有 至 关 重要 的作 用 。当铺 装层 混 凝 土 达到 6 MP a以上 时 沿着 坝 轴 线 方 向和垂 直 坝 轴 线方 向 ，利 用 切缝 机 在 每 个 坝段 表 2 大坝坝顶路面铺装层 单位体 积混凝土的材料用量最终配合比 k g 固W a r e r P o e r V o z r J N o 5 第 4 0卷第 5期 赵成先， 等 ： 某碾压混凝土重力坝坝顶路面铺装层防裂措施 铺 装层 的 中间部 位 切 出纵 横 两 条 向伸 缩缝 ，将 每 个 坝 段 的 铺 装 层 分 割 成 尺 寸 大 小 一 样 的 4块 。 要 求 切 缝 宽 5 mm、深 6 c m。为 防止 冬 季 雪 水 进 入 切 缝 引 起 混 凝 土冻 融破 坏 ，在排 除伸 缩缝 积 水 后 ，每 个 伸 缩 缝都 要灌 注沥 青玛 蹄脂 。 ( 2 )加强 养 护 。混 凝 土 终凝 以后 ，立 即用 棉 被 对 铺 装 层 全 部 覆 盖 ， 并 用 重 物 把 棉 被 压 牢 ， 防 止 大 风时 把棉 被 吹 跑( 切 缝 时缝 的位 置棉 被 要 移开 ，切 缝 后立 即覆 盖 ) 。棉被 覆盖后 开 始洒水 养 护 ，洒水 时 不 能 直接 浇 在 混 凝 土 表 面 棉 被 要 始 终 保 持 湿 润 ， 养 护 时 间 持 续 2 8天 以 上 。 3 4 掺加防裂纤维素纤维 3 4 1 纤维素 纤维 技术指 标 纤 维 素纤 维是 继 化学 合 成 纤维 之 后 发展 起 来 的 新 型 混凝 土 专 用纤 维 ，工程 界 称 为第 三 代 混凝 土 专 用 纤 维 。该 纤 维采 用 一 种 高寒 地 区特 殊 植 物物 种 为 原 料 经一 系列 独 特 的化 学 处 理 和 机 械 加 工 而 成 ， 本身 具 有天 然 的 亲水 性 和 高强 高模 的特 点 ，因其 属 植 物 细 胞 自然 分 裂 生 长 非 人 工 制 作 而 成 ，使 表 面 具 有 很 强 的 握 裹 力 在 后 续 加 工 中 ，采 用 了 特 殊 的 无 极 材 料把 纤 维 制成 片 状单 体 ，方便 于 纤 维 的运 输 和 投 放 。片状 单 体在 水 的浸 泡和 搅 拌机 摩 擦 力 的作 用 下 极 易分 散 为纤 维 单丝 ，从 而起 到 抗 裂效 果 ，可 有 效 提 高混凝 土 的抗 冻融 性 和 抗渗 性 ，主要 技 术 指 标 见表 3。 3 4 2 纤维素 纤维 的作用 混 凝 土 添 加 纤 维 素 纤 维 后 。混 凝 土 的 性 能 有 较 大 的 提 高 。主 要 表 现 在 以 下 几 个 方 面 ： ( 1 )有 效 阻止 混 凝 土 收缩 裂 缝 的 发生 。 因纤 维 素纤 维 本 身具 有 的特性 ，如 天 然 的亲 水 性 、卓 越 的 握 裹 力 、巨大 的 纤 维 比表 面 积 、较 高 的 韧 性和 强 度 等 ，加 入 混凝 土 中 后 ，在 水 的浸 泡 和 外 力 作 用 下 ， 形成 大 量 均匀 分 布 的 细小 纤 维 可 有 效 阻 止混 凝 土 塑 性 收 缩 干 缩 和 温 度 变 化 而 引 起 裂 缝 的 发 生 。 ( 2) 明 显 提 高 混 凝 土 的 力 学 性 能 。 纤 维 素 纤 维 对混 凝 土 具有 阻 裂 作 用 ，可 以提 高混 凝 土 的 冲击 韧 性 ，对改 善 的混凝 土 的耐高 温性具 有 明显 效果 。 ( 3 )明显 改 善混 凝 土 的耐 久 性 。纤 维 素纤 维 使 水 泥水 化更 完 全 ，显著 降 低 混凝 土 的空 隙 ，使 混 凝 土更 密 实 ，从 而 提 高 了混 凝 土 的抗 冻 性 、抗 水 渗 透 性 、抗氯 离子 渗透 性 ，赋予 混凝 土更好 的耐久性 。 3 4 3纤维素纤维的掺量及施工 本工 程纤 维 素纤 维 添量 为 每立 方 混凝 土 0 9 k g 。 其施 工 工 艺 与未 添 加纤 维 素 纤 维 的混 凝 土 相 同 ，只 是 混凝 土 拌 和 时 间要适 当延 长 ，以使 纤 维 素纤 维 在 混 凝 土 中 分 布 更 加 均 匀 。 4 结语 本 文 以 新 疆 某 水 利 工 程 的 坝 顶 路 面 铺 装 层 混 凝 土 施 工 为 例 ，介 绍 了在 恶 劣 环 境 下 进 行 混 凝 土 施 工 中可 采 取 的 防裂 措 施 ，该 坝 顶 路 面经 几 年 运行 后 很 少发 现 危 害性 裂 缝 ，说 明采 取措 施 得 当 ，该 防裂 措 施 为在 夏 季 高温 、冬 季严 寒 、风大 、干燥 少雨 等 恶 劣气 候 条 件地 区进 行 大坝 路 面铺 装 层 混 凝 土施 工 提 供 了有益 的经 验 ，可供 类似工 程 借鉴 。 ( 责 任编 辑王 琪 ) ( 上 接 第 2 9页 ) 参考文献 ： 1 MI T C HE L J K 岩土1 二 程土性 分析原理 M 高 国瑞 ，译 南京 ： 南京工学院 出版社 1 9 8 8 2 日本土质工学会 粗粒料 的现场压实 M 北京 ：水利水 电出版 社 1 9 9 9 3 张刚 管 涌现 象细 观机 理的模 型试 验 与颗 粒流 数值 模拟 研究 D 上海 ：同济大学 ，2 0 0 7 4 王永明 ，朱晟 ，任金明 ，等 筑 坝粗粒料力 学特性 的缩 尺效应 研究 J 岩土力学 ，2 0 1 3 ，3 4 ( 6 ) ： 1 7 9 9 1 8 0 7 5 李 昌彩 水布垭面板 堆石坝前期关键技 术研 究 M 北京 ：水利 水 电出版社 2 0 0 5 6 赵海斌 超 硬岩筑坝材料 现场 爆破与现场碾 压试验研究 R 长 沙 ：中国水电顾 问集 团中南勘测设计研究院 ，2 0 0 6 7 朱 晟 ，武利强 ，魏匡民 ，等 一种基 于分形 理论 的粗粒 料缩尺 方法 ：中国 C N1 0 3 1 3 4 9 0 6 A P 2 0 1 3 0 6 0 5 8 王永 明，任金 明 ，武 利强 ，等 p f c 模 拟筑坝粗粒 料力学特性 的 有效性分 析 J 水 电能源科学 ，2 0 1 2 ，3 0 ( 1 O ) ： 7 2 7 5 9 周健 ，池毓蔚 ，池永 ，等 砂土双轴 试验 的颗粒流模拟 J 岩 土T程学报 ，2 0 0 0 ，2 2 ( 6 ) ： 7 0 1 7 0 4 1 0 OC H I A I M， O Z A O R ， Y A MAZ A K I Y ， e t a 1 S e l f s i m i l a r i t y l a w o f p a r t i c l e s i z e d i s t r i b u t i o n a n d e n e r g y l a w i n s i z e r e d u c t i o n o f s o l i d s J P h y s i c a A ： S t a t i s t i c a l Me c h a n i c s a n d i t s A p p l i c a t i o n s ，1 9 9 2 ， 1 9 1 ( 2 ) ： 2 9 5 - 3 0 0 ( 责 任编辑杨健 ) W a t e r P o w e r V o 1 4 0 N o 5 团